2019-2020年高中化学 第3章 第1节 课时2 碳及其化合物间的转化教案 鲁科版必修1

课时2碳及其化合物间的转化目标与素养：1.了解碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化，从而进一步了解它们的性质。(变化观念)2.能够解释与含碳物质有关的现象和解决简单的问题。(社会责任)一、自然界中碳及其化合物间的转化1．转化过程2．模拟溶洞的“形成”实验实验操作实验现象澄清石灰水先变浑浊，一段时间后变澄清，然后加热该溶液，又变浑浊实验结论根据标号写出相应的化学方程式：①Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O；②CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2；③Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓＋H2O＋CO2↑成语“水滴石穿”的化学原理是什么？用化学方程式表示。【提示】“水滴石穿”即雨水、空气中的CO2、石头中的CaCO3反应生成了易溶于水的Ca(HCO3)2，化学方程式为CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2。二、生产和生活中碳及其化合物间的转化1．高炉炼铁(1)设备：高炉。(2)原料：焦炭、铁矿石(主要成分为Fe2O3)。(3)原理：将铁矿石还原成金属铁的过程。(4)过程写出下列反应的化学方程式：①CO的生成：C＋O2(足量)=====点燃CO2、C＋CO2=====高温2CO；②铁矿石被还原：Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2。2．木炭的燃烧(1)燃烧过程中碳及其化合物的转化关系。(2)转化过程中的反应方程式。①2C＋O2(不足)=====点燃2CO；②2CO＋O2=====点燃2CO2；③CO2＋C=====高温2CO；④C＋O2(充足)=====点燃CO2。微点拨：(1)CO是一种无色无味有毒的气体，具有还原性和可燃性，属于不成盐氧化物。(2)CO2是一种无色无味气体，具有弱氧化性，属于酸性氧化物。3．水垢的形成(1)主要成分：CaCO3和Mg(OH)2。(2)形成原理。①Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；②Mg(HCO3)2=====△MgCO3↓＋H2O＋CO2↑；③MgCO3＋H2O=====△Mg(OH)2＋CO2↑。微点拨：(1)H2CO3的酸性比CH3COOH弱，所以生活中可以用醋酸除水垢。(2)溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3，NaHCO3Na2CO3。4．碳在有机物和无机物之间的转化(1)1828年，德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵(NH4CNO)合成出有机化合物尿素[CO(NH2)2]，突破了无机化合物与有机化合物之间的界限。(2)科学家们以含碳无机物为原料，相继合成出大量的有机物，以满足人们在能源和材料等方面的需要。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)高炉炼铁过程中，碳元素只显示还原性。()(2)CO、CO2均属于温室气体。()(3)用醋酸除水垢的离子方程式为2CH3COOH＋CaCO3===Ca2＋＋2CH3COO－＋CO2↑＋H2O。()(4)在Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O中，碳元素既表现氧化性又表现还原性。()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×2．下列不属于自然界中碳的循环过程的是()A．植物光合作用B．动物的遗体被微生物分解破坏，最终变成二氧化碳等物质C．空气中的二氧化碳被海水吸收，通过水生生物的贝壳和骨骼转移到陆地D．石墨矿的开采利用[答案]D3．国际冰川专家指出，喜马拉雅山冰川正在不断消融。与这种现象密切相关的气体是()A．SO2B．CO2C．NOD．NO2[答案]BCO2与NaOH溶液反应用量和产物分析有关反应：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O①CO2＋NaOH===NaHCO3②n（CO2）n（NaOH）反应情况生成物1∶2NaOH过量，只发生反应①Na2CO3＝1∶2CO2与NaOH恰好按①反应Na2CO312n（CO2）n（NaOH）1①②两个反应均有NaHCO3、Na2CO3＝1∶1恰好发生反应②NaHCO31∶1只发生反应②，CO2剩余NaHCO3上述转化关系可用数轴表示为变化观念：正确理解CO2与NaOH和Ca(OH)2溶液的反应(1)CO2与NaOH、Ca(OH)2的混合溶液反应的顺序CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH，结果为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，因此一定量的CO2与NaOH、Ca(OH)2的混合溶液反应时，先生成CaCO3。(2)CO2与NaOH反应时的守恒关系①质量守恒n(CO2)＝n(HCO－3)＋n(CO2－3)(碳原子守恒)；n(NaOH)＝n(NaHCO3)＋2n(Na2CO3)(钠原子守恒)。②电荷守恒n(Na＋)＝n(HCO－3)＋2n(CO2－3)或n(Na＋)＝n(OH－)＋2n(CO2－3)。【典例1】用1L1.0mol·L－1NaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中CO2－3与HCO－3的物质的量浓度之比约是()A．1∶3B．1∶2C．2∶3D．3∶2A[因CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，CO2＋NaOH===NaHCO3，设生成Na2CO3、NaHCO3的物质的量分别为x、y。即2x＋y＝1.0mol（据Na＋守恒）x＋y＝0.8mol（据C守恒）解得x＝0.2moly＝0.6mol因CO2－3、HCO－3存在于同一溶液中，则溶液中CO2－3与HCO－3的物质的量浓度之比即为其物质的量之比，即x∶y＝0.2∶0.6＝1∶3。]1．用1L某浓度的NaOH溶液吸收一定量的CO2，所得溶液中CO2－3与HCO－3物质的量浓度分别为0.5mol·L－1、0.7mol·L－1，则c(NaOH)为()A．1.7mol·L－1B．0.6mol·L－1C．2.0mol·L－1D．1.2mol·L－1A[溶液中n(CO2－3)＝0.5mol，n(HCO－3)＝0.7mol，则由Na元素守恒得n(NaOH)＝0.5mol×2＋0.7mol＝1.7mol，所以c(NaOH)＝1.7mol1L＝1.7mol·L－1。]2．标准状况下，将4.48LCO2通入1L0.3mol·L－1NaOH溶液中，当CO2与NaOH完全反应时，则下列说法正确的是()A．溶液中只有一种阴离子(OH－除外)B．溶液中溶质的物质的量之比为1∶2C．反应后有CO2逸出D．反应后的溶液还可以吸收部分CO2D[n(CO2)＝0.2mol，n(NaOH)＝0.3mol，因12n（CO2）n（NaOH）＝231，故反应后溶液中含有Na2CO3和NaHCO3，则还可以吸收部分CO2，所以A、C错，D正确。由碳元素和钠元素守恒得n（Na2CO3）＋n（NaHCO3）＝0.2mol2n（Na2CO3）＋n（NaHCO3）＝0.3mol，解得n（Na2CO3）＝0.1moln（NaHCO3）＝0.1mol，B错。]CO2、CO2－3及HCO－3间的相互转化1．CO2－3和CO2之间的相互转化①与活泼金属氧化物反应：CO2＋Na2O===Na2CO3与过量碱反应：CO2＋2OH－===CO2－3＋H2O②与过量酸反应：CO2－3＋2H＋===H2O＋CO2↑2．CO2－3和HCO－3之间的相互转化③与少量酸反应：CO2－3＋H＋===HCO－3与CO2、H2O反应：CO2－3＋H2O＋CO2===2HCO－3④与碱反应：HCO－3＋OH－===H2O＋CO2－3受热分解：2NaHCO3=====△Na2CO3＋H2O＋CO2↑3．CO2和HCO－3之间的相互转化⑤与酸反应：HCO－3＋H＋===H2O＋CO2↑受热分解：Ca（HCO3）2=====△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O⑥与少量碱反应：CO2＋OH－===HCO－3与CO2－3、H2O反应：CO2＋CO2－3＋H2O===2HCO－3【典例2】A、B、C、D、E五种物质的转化关系如图所示。已知A为二元碱，微溶于水且溶解度随温度升高而降低。(1)写出各物质的化学式：A________；B________；C________；D________；E________。(2)写出下列两个变化的离子方程式：B→D：________________________________________________。B→E：________________________________________________。[解析]A为溶解度随温度升高而降低的二元碱，只能是Ca(OH)2。Ca(OH)2与过量CO2反应生成B，B为Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2受热分解成C，C为CaCO3，CaCO3与盐酸反应生成D，D为CaCl2。[答案](1)Ca(OH)2Ca(HCO3)2CaCO3CaCl2Na2CO3(2)HCO－3＋H＋===CO2↑＋H2OCa2＋＋2HCO－3＋2OH－===CaCO3↓＋CO2－3＋2H2O(1)将CO2通入含有例题物质C的浊液中有什么现象？(2)将CO2通入含有例题物质D的溶液中有什么现象？[答案](1)溶液变澄清：CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2。(2)无现象，CO2与CaCl2不反应。将过量的CO2分别通入①BaCl2溶液；②Ca(OH)2溶液；③饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有沉淀析出的是()A．①②③B．②③C．②D．③D[根据酸与盐反应的规律知，CO2通入BaCl2溶液，不发生反应，无明显现象；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量，发生反应：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，生成的NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小而结晶析出。]1．下列关于一氧化碳的用途源于一氧化碳的还原性的是()①作燃料②跟氢气合成甲醇(CH3OH)③和水蒸气反应制H2④与灼热的Fe3O4反应A．只有①②B．只有①②③C．只有①②④D．只有①③④D[①C＋2O→C＋4O2，CO表现还原性；②C＋2O→C－2H3OH，CO表现氧化性，H2表现还原性；③CO＋H2O(g)=====高温CO2＋H2，CO表现还原性；④Fe3O4＋4CO=====高温3Fe＋4CO2，CO表现还原性。]2．向0.1mol·L－1NaOH溶液中通入过量CO2后，溶液中存在的主要离子是()A．Na＋、CO2－3B．Na＋、HCO－3C．HCO－3、CO2－3D．Na＋、OH－B[向NaOH溶液中通入过量的CO2，发生的反应为NaOH＋CO2===NaHCO3，因此通入过量CO2后溶液中的溶质主要是NaHCO3，主要离子为Na＋、HCO－3。]3．CO2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是()A．CaCl2溶液B．Ca(OH)2溶液C．Ba(OH)2溶液D．Ca(ClO)2溶液A[B中生成CaCO3，C中生成BaCO3，D中生成CaCO3，CO2与CaCl2溶液不反应。]4．溶洞和钟乳石的形成与自然界中碳及其化合物的转化有着密切联系。下列有关说法不正确的是()A．溶洞是由于碳酸钙与水、二氧化碳作用生成可溶性的碳酸氢钙形成的B．钟乳石的形成是在一定条件下可溶性的碳酸氢钙转化生成碳酸钙的结果C．溶洞和钟乳石的形成过程中没有涉及氧化还原反应D．可溶性的碳酸氢钙转化为碳酸钙沉淀只受温度升高的影响D[溶洞的形成是CaCO3受空气中CO2和水的作用，产生Ca(HCO3)2的结果，其反应的化学方程式为CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，故A项正确；钟乳石的形成是在一定条件下Ca(HCO3)2分解产生CaCO3的结果，其反应的化学方程式为Ca(HCO3)2=====一定条件CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，故B项正确；在上述两个反应过程中每种元素的